(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
充填用チャンバーのサンプル液を複数の測定チャンバーに分配するために回転中心の回りに回転させて使用する定量デバイスであって、
前記回転中心に対して前記複数の測定チャンバーを外周側に沿って配置し、
基端が前記充填用チャンバーに接続され蛇行しながら前記回転中心と前記複数の測定チャンバーの間を周方向に延長され内周側の変曲点を液分岐点として前記複数の測定チャンバーにサンプル液を分配する接続部を有する定量毛細管流路を設け、
前記回転中心と液分岐点との距離が異なる部分では、前記回転中心と液分岐点との距離が短い方の液分岐点からサンプル液の分配を受ける測定チャンバーとの接続部の流路の断面積が、前記回転中心と液分岐点との距離が長い方の液分岐点に接続された流路と前記回転中心と液分岐点との距離が短い方の液分岐点に接続された流路との接続部の断面積よりも大きい
定量デバイス。
【請求項２】
前記定量部と前記チャンバーの接続部の面積は、
Ｘ  ＝  γ  ／  （  ｍ・ｒ・ω２  ／  Ｓ  ）
Ｘ：拡張に必要な長さ、ｍ：分子の質量、ｒ：回転半径、ω：回転数、Ｓ：断面積、γ：表面張力、で示される長さを、前記定量部と定量部の接続部の流路幅もしくは厚みに足した長さで表されることを特徴とする
請求項１に記載の定量デバイス。
【請求項３】
流路および測定チャンバーの壁面には親水処理が施されていることを特徴とする
請求項１に記載の定量デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医療分野におけるサンプル液としての血液の成分分析や、その他の各種のサンプル液の成分分析に使用される定量デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、マイクロ流路を形成したマイクロチップを用いて生物学的流体を電気化学的にあるいは光学的に分析する方法がある。電気化学的に分析する方法としては、試料液中の特定の成分を分析するバイオセンサーとして、例えば、血液中のグルコースとセンサー中に担持したグルコースオキシダーゼ等の試薬との反応により得られる電流値を測定することにより、血糖値などを求めるものがある。
【０００３】
また、マイクロチップを用いて分析する方法では、水平軸を有する回転装置を使って流体の制御をすることが可能であり、遠心力を利用して試料液の計量、細胞質材料の分離、分離された流体の移送分配、液体の混合/攪拌等を行うことができるため、種々の生物化学的な分析を行うことが可能である。
【０００４】
図１０は特許文献１などに見られる遠心移送式バイオセンサ４００を示し、マイクロチップに導入したサンプル液を一度に複数定量して分析することができる。これは、サンプル液を入口ポート４０９から出口ポート４１０まで毛細管力で移送し、各毛細管流路４０４ａ〜４０４ｆをサンプル液で満たした後、バイオセンサ４００の回転によって発生する遠心力によって、それぞれの毛細管流路内の試料液を同一円周上に配置された液分岐点４０６ａ〜４０６ｇで分配し、各連結微小導管４０７ａ〜４０７ｆを通って、次の処理室（図示省略）へ移送される。
【特許文献１】特表２００５−５０２０３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記従来の構成において、複数ある液分岐点が同一円周上にない場合、遠心力でサンプル液を移送すると、回転中心から毛細管流路の液分岐点までの距離が短い流路から移送が開始され、先のチャンバー内で定量できていないという課題を有している。
【０００６】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、毛細管流路の液分岐点が同一円周上になくても測定チャンバーに定量を移送できる定量デバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の請求項１記載の定量デバイスは、充填用チャンバーのサンプル液を複数の測定チャンバーに分配するために回転中心の回りに回転させて使用する定量デバイスであって、前記回転中心に対して前記複数の測定チャンバーを外周側に沿って配置し、基端が前記充填用チャンバーに接続され蛇行しながら前記回転中心と前記複数の測定チャンバーの間を周方向に延長され内周側の変曲点を液分岐点として前記複数の測定チャンバーにサンプル液を分配する接続部を有する定量毛細管流路を設け、前記回転中心と液分岐点との距離が異なる部分では、前記回転中心と液分岐点との距離が短い方の液分岐点からサンプル液の分配を受ける測定チャンバーとの接続部の流路の断面積が、前記回転中心と液分岐点との距離が長い方の液分岐点に接続された流路と前記回転中心と液分岐点との距離が短い方の液分岐点に接続された流路との接続部の断面積よりも大きいことを特徴とする。
【０００８】
本発明の請求項２記載の定量デバイスは、請求項１において、前記定量部と前記チャンバーの接続部の面積は、Ｘ＝γ／（ｍ・ｒ・ω２／Ｓ）、Ｘ：拡張に必要な長さ、ｍ：分子の質量、ｒ：回転半径、ω：回転数、Ｓ：断面積、γ：表面張力、で示される長さを、前記定量部と定量部の接続部の流路幅もしくは厚みに足した長さで表されることを特徴とする。
【０００９】
本発明の請求項３記載の定量デバイスは、請求項１において、流路および測定チャンバーの壁面には親水処理が施されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の定量デバイスによれば、毛細管流路の液分岐点の位置が回転中心から異なる距離にあっても定量毛細管流路内で定量されたサンプル液をチャンバー内に移送することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、本発明の実施の形態を図１〜図９に基づいて説明する。
図１〜図７は本発明の実施の形態を示し、図８と図９は比較例を示す。
本発明の実施の形態の定量デバイスは、図１と図２に示すように微細な凹凸形状を表面に有するマイクロチャネル構造が形成されたベース基板３１と、ベース基板３１の上面を覆うカバー基板３２とを貼り合わせて構成されており、説明の都合上、図１ではカバー基板３２を取り除いた状態で図示されている。
【００１２】
ベース基板３１には、充填用チャンバー１、測定チャンバー３，４，５，６、廃棄用チャンバー７、空気穴チャンバー２４，２５と、定量毛細管流路２が形成されている。図１において各凹部の位置に示された孔３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ，３３ｅ，３３ｆ，３３ｇ，３３ｈは、図２に示すようにベース基板３１に形成されており大気に連通している。
【００１３】
回転中心１３に対して測定チャンバー３〜６は外周側に沿って配置されている。定量毛細管流路２は、基端が充填用チャンバー１に接続され蛇行しながら回転中心１３と測定チャンバー３〜６の間を周方向に延長され内周側の変曲点を液分岐点１４，１５，１６，１７，１８として、各液分岐点で分岐されたサンプル液を測定チャンバー３〜６に分配する接続部１９，２０，２１，２２を有し、また定量毛細管流路２は、接続部２３から廃棄用チャンバー７へ余ったサンプル液を配る。
【００１４】
充填用チャンバー１にサンプル液を充填すると、サンプル液は毛細管力により定量毛細管流路２を満たす。このとき空気穴として設けられたのが空気穴用チャンバー２４，２５である。この定量毛細管流路２は同形状の流路が複数連なっており回転中心１３側に液分岐点、外周方向へ測定用チャンバー３，４，５，６へサンプル液を導入するための接続部１９〜２３を繰り返す構成となっている。
【００１５】
サンプル液が定量毛細管流路２を満たした状態で、この定量デバイスを回転中心１３を中心として回転させることで遠心力をかけると、定量毛細管流路２内のサンプル液は定量毛細管流路２の液分岐点から左右に分断され測定チャンバー３，４，５，６内および充填チャンバー１、廃棄用チャンバー７に移送される。
【００１６】
定量毛細管流路２には、図３に仮想線で示すように定量部８，９，１０，１１が形成されている。各定量部８，９，１０，１１の外周方向には、測定チャンバー３，４，５，６がそれぞれ配置されている。このとき各測定チャンバー３，４，５，６に要するサンプル液の量は、定量毛細管流路２内の各液分岐点１４から液分岐点１８までで区切られた定量部８，９，１０，１１の容量である。定量部８，９は３マイクロリットル、定量部１０，１１は７マイクロリットルが導入されるよう設計されている。
【００１７】
この実施の形態では、定量部１０と測定チャンバー５との接続部２１に、図４〜図６に示す特徴的な手段３４が設けられている。
この特徴的な手段３４の説明に先立って、比較例を説明する。
【００１８】
図８に示した比較例では、接続部２１に特徴的な手段３４が設けられていないだけで、その他は図１〜図３と構成が同一である。
図９（ａ）に示すように、充填用チャンバー１に充填したサンプル液が毛細管力により定量毛細管流路２を満たしている状態で、回転中心１３を中心として例えば４０００ｒｐｍで回転させて遠心力をかけると、図９（ｂ）に示すように定量毛細管流路２内に保持しているサンプル液が、図９（ｃ）に示すように液分岐点で分断され各測定チャンバー３，４，５，６に移送される。この定量毛細管流路２に保持する量が多くなると、毛細管流路の幅や長さを変更する必要があるが、毛細管力を均一に保持するため定量毛細管流路２の長さを変更すると、回転中心１３から液分岐点１７，１８までの距離が液分岐点１４，１５，１６に比べ短くなる。遠心力による液の移送は回転中心１３から外周方向に広がるため、サンプル液が移送され始めるのは回転中心１３からの距離が短い液分岐点１７，１８からとなる。よって、回転中心１３から距離の長い液分岐点１４，１５，１６の場合は、回転中心１３からの距離が短い液分岐点１７，１８の流路に比べて遅れて移送されることになる。ここで定量部９と定量部１０が隣接する部分では、先に移送が開始された液分岐点１７のサンプル液が測定チャンバー５に導入されず定量部９へ流れ込んでしまう。
【００１９】
よって、図９（ｃ）に示すように定量毛細管流路２のサンプル液を移送し終わった状態では、測定チャンバー３，４，５，６のサンプル液の量にばらつきがある。これは回転開始の直後では回転数が低いため遠心力が弱いことと、定量毛細管流路２はサンプル液で満たされているため、各定量部８，９，１０，１１と各測定チャンバー３，４，５，６の接続部で働く表面張力より定量部同士が接続する部分での表面張力のほうが弱いため、低速回転時での遠心力ではサンプル液を測定チャンバー内には導入させることができず、サンプル液で満たされている隣の流路内へ流れ込ませてしまう。その結果、回転中心１３から前記液分岐点までの距離が同じ場所からサンプル液を受け入れている測定チャンバー３，４を見ると、測定チャンバー５へ供給するはずのサンプル液の一部が図９（ｂ）に矢印で示すように測定チャンバー４に流入するため、測定チャンバー４のサンプル液の量が測定チャンバー３のサンプル液の量よりも多くなって、測定チャンバー３と測定チャンバー４とでサンプル液の量がばらつく。また、回転中心１３から前記液分岐点までの距離が同じ場所からサンプル液を受け入れている測定チャンバー５，６を見ると、測定チャンバー５へ供給するはずのサンプル液の一部が図９（ｂ）に矢印で示すように測定チャンバー４に流入して失われているため、測定チャンバー５のサンプル液の量が測定チャンバー６のサンプル液の量よりも少なくなって、測定チャンバー５と測定チャンバー６とでサンプル液の量がばらつく。
【００２０】
測定チャンバー３と測定チャンバー４とのサンプル液の液量のばらつきを低減し、測定チャンバー５と測定チャンバー６とのサンプル液の液量のばらつきを低減することを目的として、この実施の形態では図４〜図６に示す特徴的な手段３４が設けられている。この特徴的な手段３４は、回転中心と液分岐点との距離が異なる部分では、前記回転中心と液分岐点との距離が短い方の液分岐点からサンプル液の分配を受ける測定チャンバーとの接続部の流路の断面積が、前記回転中心と液分岐点との距離が長い方の液分岐点に接続された流路と前記回転中心と液分岐点との距離が短い方の液分岐点に接続された流路との接続部の断面積よりも大きくして測定チャンバー５内に流れ易くした。これにより遠心力による液の移送の際にサンプル液が測定チャンバー５内へ流れ易くなり隣の定量部９へ侵入する前に測定チャンバー５に導入させて各測定チャンバーに導入されるサンプル液の量も定量にしようとするものである。
【００２１】
詳しくは、図４〜図６に示すように、ベース基板３１に形成された前記接続部２１に連通した溝形状の誘導毛細管流路１２ａ，１２ｂが、特徴的な手段３４としてカバー基板３２に形成されている。なお、比較例ではこの誘導毛細管流路１２ａ，１２ｂなどが設けられていないために、測定チャンバー５における接続部２１の開口の断面積は、定量部９と定量部１０との接続個所Ｅの開口の断面積と同じであった。
【００２２】
図４は断面積を広く設置した定量部１０と測定チャンバー５の接続部分の拡大斜視図、図５（ａ）（ｂ）は定量部１０と測定チャンバー５のＡ−Ａ，Ｂ−Ｂ接続部分の断面図で、測定チャンバー５の厚み：Ｗ１は３ｍｍ、定量毛細管流路２の厚み：Ｗ２は０．３ｍｍとした。測定チャンバー５の幅：Ｗ３を５ｍｍ、定量毛細管流路２の幅：Ｗ４を２ｍｍとした。また定量部１０と測定チャンバー５の接続部分の断面積を増やすための誘導毛細管流路１２ａ，１２ｂは幅：Ｗ５が１ｍｍ、厚み：Ｗ６は０．５ｍｍとしている。なお、図４は図５（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。
【００２３】
また、定量毛細管流路２の幅を設定している面には親水処理を施しておりサンプル液が毛細管力で流れるようにしている。誘導毛細管流路１２ａ，１２ｂについては全ての面に親水処理を施している。ここで各定量部が接続する部分の断面積は、誘導毛細管流路１２ａ，１２ｂのない場合、定量毛細管流路２と各測定チャンバーの接続する部分の断面積と同じであるが、誘導毛細管流路１２ａ，１２ｂを設置した場合には、誘導毛細管流路１２ａ，１２ｂを設置した部分での断面積の方が広くなる。よってサンプル液の表面張力が小さくなり、液を排出し易くなる。ここで各定量部のサンプル液を他流路への進入なく測定チャンバー５内に導入させることができる断面積は、定量部１０と測定チャンバー５の接続部にかかる圧力を他の接続部にかかる圧力より低くすることが出来ればよい。定量部１０と測定チャンバー５の断面にかかる圧力を低くするための最小流路幅および厚みを算出する。拡張に必要な長さＸは、
Ｘ  ＝  γ  ／  （  ｍ・ｒ・ω２  ／  Ｓ  ）
ここで、Ｘ：拡張に必要な長さ、ｍ：分子の質量、ｒ：回転半径、ω：回転数、Ｓ：断面積、γ：表面張力、で定義することができる。
【００２４】
各接続部にかかる圧力は（  ｍ・ｒ・ω２  ／  Ｓ  ）の部分より求めることが出来る。本実施の形態で使用した表面張力は０．０７Ｎ／ｍ、回転半径ｒ＝１５ｍｍ、回転数ω＝４０００ｒｐｍ、流路幅ｗ＝２ｍｍ、流路厚みｔ＝０．３ｍｍとした。ここで誘導毛細管流路１２ａ，１２ｂのない場合における各定量部と各測定チャンバーの接続部の圧力を求めると、およそ４３８３Ｎ／ｍ２となる。よって定量部１０と測定チャンバー５の接続部にかかる圧力をこれより低くすることが出来ればサンプル液を測定チャンバー５へ導入することが出来る。誘導毛細管流路１２ａ，１２ｂの最小流路幅及び厚みは遠心力で回転させた時の圧力で液を排出させることが出来る０．０１７ｍｍ以上を流路幅及び厚みに足した長さ、即ち流路幅なら２．０１７ｍｍ、厚みなら０．３１７ｍｍとする。また最大の流路幅は定量毛細管流路２として設定した２ｍｍとする。これらの形状においてその効果について示す。
【００２５】
図７に誘導毛細管流路１２ａ，１２ｂを設けた場合の流れパターンについて示す。
図７（ａ）には定量毛細管流路内のサンプル液を遠心力により移送するときの図について示す。図７（ｂ）では遠心力がかかり始めると定量部１０，１１のサンプル液は外周側へ移送され始める。しかし誘導毛細管流路１２ａ，１２ｂが設けられているため、定量部１０と測定チャンバー５の接続部に働く表面張力は弱くなり、低い回転数の時でも測定チャンバー５内に導入させることができる。図７（ｃ）を見ると、測定チャンバー５に移送されたサンプル液の量は測定チャンバー６と同じ量が確保されていることが確認できる。このことから測定チャンバー５と定量毛細管流路２との接続部に誘導毛細管流路１２ａ，１２ｂを設置し、断面積を増やすことで遠心力が表面張力より大きければサンプル液は測定チャンバー内に導入され易くなって、測定チャンバー３と測定チャンバー４とのサンプル液の液量のばらつきが低減され、測定チャンバー５と測定チャンバー６とのサンプル液の液量のばらつきが低減されることを確認した。
【００２６】
以上のことより、定量部１０と測定チャンバー５の接続部の断面積を、定量部同士が接続する部分の断面積より広く設定することで、圧力を下げ測定チャンバー５内に流入させ易くすると各定量部で定量されたサンプル液を測定チャンバーに移送させることが出来る。
【００２７】
なお、上記の実施の形態では拡張に必要な長さ：Ｘを、定量部と定量部の接続部の流路厚みに足した場合を説明したが、定量部と定量部の接続部の流路の幅に拡張に必要な長さ：Ｘを足して実施することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明は、定量デバイスを使用して測定チャンバーにおけるサンプル液と試薬との混合物に電気的または光学的にアクセスして、生物学的流体の成分測定する各種の分析装置の分析精度の向上に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施の形態における定量デバイスのベース基板の上面図
【図２】同実施の形態における定量デバイスの側面図
【図３】同実施の形態における定量毛細管流路における定量部の説明図
【図４】定量部１０と測定チャンバー５の接続部分の断面の拡大斜視図
【図５】定量部１０と測定チャンバー５のＡ−Ａ，Ｂ−Ｂ接続部分の断面図
【図６】同実施の形態における誘導毛細管流路の拡大斜視図
【図７】同実施の形態における流れパターン図
【図８】比較例における定量デバイスのベース基板の上面図
【図９】同比較例における流れパターン図
【図１０】従来例の遠心移送式バイオセンサーの試料液分配構成を説明するための図
【符号の説明】
【００３０】
１    充填用チャンバー
２    定量毛細管流路
３，４，５，６    測定チャンバー
７    廃棄用チャンバー
８，９，１０，１１    定量部
１２ａ，１２ｂ    誘導毛細管流路
１３    回転中心
１４，１５，１６，１７，１８    液分岐点
１９，２０，２１，２２    接続部
２３    接続部
２４，２５    空気穴チャンバー
３１    ベース基板
３２    カバー基板
３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ，３３ｅ，３３ｆ，３３ｇ，３３ｈ    孔
Ｅ    定量部９と定量部１０との接続個所
【図１】
0005268402.tif 000002
【図２】
0005268402.tif 000003
【図３】
0005268402.tif 000004
【図４】
0005268402.tif 000005
【図５】
0005268402.tif 000006
【図６】
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【図７】
0005268402.tif 000008
【図８】
0005268402.tif 000009
【図９】
0005268402.tif 000010
【図１０】
0005268402.tif 000011